0 引言

为了保证卷烟的品质，卷烟厂在卷烟生产过程中需要利用工艺空调来保持生产环境温湿度的稳定。但由于卷烟生产过程的特殊性，在烟叶烟丝的加工处理阶段、烟丝的运输阶段、卷烟的制作阶段等都会产生大量的粉尘。虽然有专业的除尘设备清除粉尘，但仍有部分粉尘会进入工艺空调内部。目前卷烟厂工艺空调机组主要采用初中高效过滤器来过滤粉尘，优化空调送风质量，并根据压差定期对过滤器进行清洗。由于卷烟厂粉尘的特殊性，其中含有大量烟碱、烟油等物质，容易积聚和粘附在过滤材料上，造成过滤网脏堵，导致过滤器过滤效果不佳，不易清洗，情况严重时，甚至会大大增加空调的送风阻力，给空调机组的正常稳定运行带来隐患。截至目前，对工艺空调中过滤器问题的探索研究，相对集中在对中高效过滤器过滤材料的研究改进，对过滤器过滤效率和阻力的优化匹配研究等，而专门针对卷烟生产过程空调系统中使用的过滤材料和结构，尤其是对卷烟厂工艺空调混风段板式过滤器的研究基本没有。针对以上情况，本研究以卷烟生产过程中所产生粉尘的特点为依据，通过研究分析，优化改进了原工艺空调系统中混风段板式过滤器所使用的过滤材料、结构和固定方式，采用新型不锈钢纳米纤维材料，锯齿形结构等方法，以解决板式过滤器过滤效果差，使用寿命短，清洗时间长等问题，提高了工艺空调机组运行的稳定性。

1 存在问题

1.1 普通板式过滤器介绍

图 1 所示为卷烟厂双风机工艺空调结构示意图。其中，板式过滤器通常安装在新风回风混合的初效过滤段，属于初效过滤器。其材料一般采用尼龙纤维材料，结构为细网状结构，如图 2 所示。板式过滤器主要负责过滤新风以及回风中残余的粉尘，防止后续的表冷器、加热器等设备表面受到污染，进一步影响换热效率。它是保护表冷器、加热器以及车间环境不受污染的一道有力的屏障。多块板式过滤器安装在支架上组成新风回风混合段的初效过滤器。该过滤段装有压差仪，当混风段压差升至 200 Pa 时，需对板式过滤器进行更换并进行人工清洗，清洗完成后再用到下一台空调中。

1.2 问题分析

在工艺空调的使用过程中发现，目前板式过滤器可以循环使用 2 次，使用周期约为 10 个月，使用寿命较短。循环使用后，板式过滤器会出现严重的变形现象，影响过滤效果，会造成新风回风过滤不彻底甚至不经过板式过滤器直接通过表冷器、加热器送到车间。如果空调过滤器使用效果不佳，没有对粉尘进行有效的过滤，那么浑浊的空气很容易污染空调表冷器。尤其在夏季工况，空调表冷器长时间处于低温除湿状态，混合气体经过表冷器时其中的粉尘很容易粘黏到表冷器盘管翅片上，情况严重时甚至堵塞表冷盘管。而且由于卷烟粉尘的特殊性，其中含有一定的焦油，使得粉尘接触冷凝水后会在表冷器盘管翅片上形成极难清洗的粘状物，不仅如此，这些粘状物堆积后还会使得机组换热效率下降、空调送风量降低等问题。除此之外，粉尘中含有的烟碱还会对空调机组中的金属材料造成腐蚀，进一步增加了空调机组的维护成本，影响其使用寿命[6]。通过以上分析可以看出，改进优化板式过滤器迫在眉睫。

2 改进方法

2.1 板式过滤器过滤材料改进

优化后的板式过滤器过滤材料采用一种新型的MicroSSF®(微丝)不锈钢纳米纤维滤料，由直径为微米级的多层不锈钢纤维经无纺铺制、叠配，背衬不锈钢支撑网；采用高温烧结、压制成纤维毡，然后对纤维毡进行折波、脱脂和疏水疏油纳米涂层而成。采用不同孔径的不锈钢纤维层在烧结与叠配时，纤维层会沿着气流的方向形成孔隙率从大变小的梯度，从而使得纤维层不仅表面蓬松，而且层厚又密实，具有高孔隙率、大比表面积、空隙大小均匀的三维网状多孔结构优点。图 3 所示为该滤料在电子显微镜下分别放大 10 倍、150 倍、600 倍的结构成像图。由于其独特的结构特性，因而使用该新型 MicroSSF®不锈钢纳米纤维材料制作的板式过滤器具有过滤效率高、容尘量大、通风量高阻力损失小等优点，且其表面的疏水疏油纳米涂层有效减小了粉尘、油雾等污染物与纤维之间的粘接力。当用水对滤料进行冲洗时，可获得彻底地清灰、清油、速干效果。同时，清洗后滤料的纤维结构、过滤性能不会受到任何破坏。

2.2 板式过滤器结构改进

改进后的板式过滤器结构图及实物图如图 4、图 5 所示。新的板式过滤器由原来的尼龙纤维平面滤网改进为不锈钢纳米纤维滤料折叠锯齿面滤网；由原来的塑料边框改进为不锈钢边框；由原来的卡扣固定式改进为磁条吸附式，并重新添加了隐藏式柔性拉环，方便过滤器的拆卸。

3 效果验证

选取一组工艺空调来对改进后的板式过滤器使用效果进行验证。经过一段时间的正常运行，采集各项数据并从过滤效果、使用寿命以及清洗时间三个方面进行分析。

3.1 过滤效果验证

对新型板式过滤器的过滤效果进行对比分析，结果显示新型板式过滤器的过滤效果改进明显，符合工作要求，对新风回风进行了有效的过滤。新型板式过滤器通风量高、容尘量大，过滤效率大大提高，从图6 新型板式过滤器使用前后表冷器的清洗次数也能够间接反映出其过滤效果的好坏。从图中可以看出，使用新板式过滤器后，表冷器在相同周期内的冲洗次数明显减少了，由以前的平均 4 次降低到了平均 1.5次，说明新型板式过滤器起到了良好的过滤效果，对后端的表冷器以及加热器等起到了较好的保护作用。

3.2 使用寿命验证

从图 7 中可明显看出，采用新型板式过滤器后，压差数据上升平缓，其使用周期比原板式过滤器的使用周期延长了约两倍，而其使用寿命由于采用了不锈钢纳米纤维材料，多次清洗后滤料的纤维结构、过滤性能不会受到任何破坏，可以循环使用很多次，目前所测试的新型板式过滤器仍在正常使用，其使用寿命远远超过了原板式过滤器的约 10 个月使用寿命，使用寿命得到了有效的延长。

3.3 清洗时间验证

图 8 为新型板式过滤器与原板式过滤器清洗时间对比控制图，从图上可以清楚的看到，使用新型板式过滤器后其每次清洗时间明显缩短，由原来的每台平均清洗 31.2 min 缩短至 13.3 min，下降约 57%，效果明显。这主要是由于新型板式过滤器所采用的不锈钢纳米纤维材料表面涂了一层超疏水疏油纳米涂层，该涂层可以有效的减小粉尘、油雾等污染物与纤维之间的粘接力。当用自来水对过滤器滤料进行冲洗时，灰尘可以迅速的被冲洗干净，可获得彻底地清灰、清油、速干的效果，从而使得清洗时间大大缩短。

3.3 清洗时间验证

图 8 为新型板式过滤器与原板式过滤器清洗时间对比控制图，从图上可以清楚的看到，使用新型板式过滤器后其每次清洗时间明显缩短，由原来的每台平均清洗 31.2 min 缩短至 13.3 min，下降约 57%，效果明显。这主要是由于新型板式过滤器所采用的不锈钢纳米纤维材料表面涂了一层超疏水疏油纳米涂层，该涂层可以有效的减小粉尘、油雾等污染物与纤维之间的粘接力。当用自来水对过滤器滤料进行冲洗时，灰尘可以迅速的被冲洗干净，可获得彻底地清灰、清油、速干的效果，从而使得清洗时间大大缩短。

4 结论

针对卷烟厂工艺空调混风段板式过滤器存在过滤效果不佳，使用寿命较短，清洗时间长工作强度大等问题，本文从过滤材料、过滤器结构等方面对原板式过滤器进行了改进，设计了一种新型的板式过滤器。同时选取一组工艺空调来对改进后的板式过滤器使用效果进行验证，结果表明新型板式过滤器在过滤效果、使用寿命、清洗时间等方面均远远优于原板式过滤器，其中过滤效果改进明显，对后端的表冷器以及加热器等起到了较好的保护作用，使用寿命提高300%以上，过滤器清洗时间至少缩短 50%。初步估算该项改进得到全面应用后，每年仅板式过滤器更新的费用就可节省10 万元，并且可以减少了固体废弃物排放 2t，充分证明了卷烟厂工艺空调混风段板式过滤器的改进取得了很好的经济效益和社会效益，同时在行业中还具有一定的推广价值。

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